Топырақ мицелийі бөлетін ақуыздар су молекулаларын байланыстырып, аздаған теріс температураларда кристалдануды бастай алады. Бұл ақуыздар тірі жасушалардың липидті қабықшаларының қатысуынсыз су ортасында жұмыс істей алады. Мұндай қасиетті саңырауқұлақтар бактериялардан жүздеген мың жыл бұрын горизонталь ген алмасу арқылы алған.

Мұздың түзілу механизмі

Мұз түзілуі үшін айтарлықтай энергетикалық тосқауылды жеңу қажет. Таза күйінде су тек -46 °C шамасында ғана қатады. Табиғатта бұл процесс биологиялық катализаторлардың арқасында жылдамдайды. Кейбір бактериялық мембраналық ақуыздар кристалдануды -2 °C-та-ақ бастай алады.

Биокатализаторларды адамның қолдануы

Ұқсас биохимиялық механизмдер жасанды қар жасау мен ауа райын басқаруда қолданылады. Бұлттарды себу кезінде атмосфералық су кристалданып, ауырлап жауын-шашын түрінде түседі. Әдетте бұл үшін улы күміс йодиді пайдаланылады, себебі бактериялық молекулалар тек тірі жасуша бетінде ғана тиімді, ал бұлттарда жұмыс істей алмайды.

Саңырауқұлақ ақуыздарын зерттеу

Топырақ саңырауқұлақтарының жасушадан тыс антифриз бөлу қабілеті 1990-жылдары анықталған, бірақ осы механизмнің генетикалық коды Mortierellaceae тұқымдасының өкілдерінде жақында ғана толықтай шешілді. Зерттеушілер Mortierella alpina және Peltigera britannica қыналарынан алынған саңырауқұлақтардың геномдарын секвенирлеп, мұз түзуші ақуыздарды жинауға жауапты аймақтарды анықтады. Ерекше назар треонин, серин және лейцин аминқышқылдарынан тұратын қайталанатын мотивтерді кодтайтын тізбектерге аударылды.

Талдау бұл ДНҚ фрагменттері бактериялық InaZ генінен көшірілгенін көрсетті. Анықталған гендегі гуанин мен цитозин мөлшері саңырауқұлақ хромосомасының әдеттегі құрамынан әлдеқайда жоғары болып, бактериялардан тікелей генетикалық материал алынғанын дәлелдеді.

Жаңа ақуыздардың сипаттамалары

Жаңа саңырауқұлақ гені ұзындығы 606-дан 990-ға дейін аминқышқылдардан тұратын, молекулалық массасы 64-тен 100 килодальтонға дейінгі ақуыз тізбектерін кодтайды. Бұл катализаторлар классикалық бактериялық нұсқалардан айтарлықтай кіші, олардың массасы 120 килодальтонға дейін жетеді.

Функционалдығын тексеру үшін код фрагменттері ішек таяқшасы мен наубайшы ашытқыларына енгізілді. Генетикалық түрлендірілген микроағзаларды сұйықтыққа салып, температураны біртіндеп төмендетті. Жаңа ашытқылар бар тамшылардың жартысы -7 °C-та, ал түрлендірілген ішек таяқшасы ылғалдың кристалдануын -15 °C-та бастады. Таза сұйықтық -23 °C-қа дейін тұрақты қалды.

Ақуыздардың құрылымы мен тұрақтылығы

AlphaFold3 нейрожелісі арқылы жаңа ақуыздың үшөлшемді құрылымы анықталды. Молекулалық жіп сәл астам үш нанометр ені бар спиральға оралған, орталық бөлігі 42 бірдей иірімнен тұрады. Молекуланың ұштарында алты күкірт атомы орналасқан, олар берік химиялық құлыптар қызметін атқарады. Мұндай қаттылық ақуызға мембраналық тірексіз тікелей суда жұмыс істеуге мүмкіндік береді. Ерітіндіде спиральдар бүйір беттерімен қосылып, мұз кристалдануына арналған кең жазықтық түзеді.

Мицелийден ақуыздарды сумен экстракциялау жасуша қабырғалары немесе мембраналық көпіршіктер фрагменттерінсіз таза ерітінді алуға мүмкіндік берді. Мұндай ерітінді тамшылардың мұздануын -5-тен -7 °C-қа дейінгі температурада бастады. Ақуыздар қыздырғаннан және бірнеше рет мұздату-еріту циклдарынан кейін де каталитикалық белсенділігін сақтады.

Қолдану перспективалары

Ашылған қосылыстар ғылымға суда еритін ылғал конденсациялау құралы береді. Мұндай биохимиялық аппарат климаттық бақылауға, тағам өнімдерін өнеркәсіптік мұздатуға және криоконсервацияға арналған қауіпсіз химиялық реагенттер жасауға қолданылуы мүмкін.